Kemiantehtaan automaatio: Hyödyt, teknologiat ja toteutus: Hyödyt, teknologiat ja toteutus

Kemiantehtaat ovat nykyaikaisen kemianteollisuuden selkäranka. Niiden monimutkaiset työnkulut ja niiden aiheuttamat vaarat vaativat prosesseilta tarkkaa tarkkuutta, turvallisuutta ja prosessien automatisointia. Automaatio ei ole enää vain keino parantaa tuottavuutta, vaan se on myös tae laitoksen luotettavasta toiminnasta ja ekologisesta tasapainosta. Kaikkien kemianteollisuuden yritysten, myös kemianteollisuuden valmistajien, kilpailukykyisenä pysyminen markkinoilla edellyttää kemianteollisuuden automaation perusteiden, sen tärkeimpien teknologioiden ja teknologian vaikutusten ymmärtämistä.

Mitkä ovat kemiantehtaan automaation perusteet?

Kemiantehtaan kaltaisessa tuotantolaitoksessa käytettäviä tekniikoita ja järjestelmiä, jotka voivat tukea tai korvata kokonaan ihmisen toiminnan, kutsutaan kemiantehtaan automaatioksi. Kemian tuotantoprosessien seuranta, valvonta ja optimointi saavutetaan automaation avulla. Automaatio kattaa kaikki toiminnot; perus päälle/pois-ohjauksesta prosessien kehittyneeseen optimointiin ja turvalukitusjärjestelmiin. Keskeisten prosessiparametrien (lämpötila, paine, virtaus, taso jne.) tarkka valvonta on prosessin tavoite. Tuloksena on tasainen tuotelaatu, parempi tuotannon tehokkuus, pienemmät käyttökustannukset sekä henkilöstön ja laitteiden turvallisuuden parantaminen. Manuaalisten prosessien korvaaminen ja manuaalisten toimenpiteiden vähentäminen ovat keskeisiä näkökohtia. Laitoksen "hermosto" ja "aivot" ovat automaatiojärjestelmät. Ne valvovat järjestelmän muutoksia reaaliajassa ja antavat käskyjä tuotannon tason korjaamiseksi.

Automaation tärkeimmät edut kemiantehtaissa

Aluksi yksi automaation suurimmista eduista on toiminnan turvallisuuden huomattava parantuminen. Automaatio tarjoaa erikoistuneita järjestelmiä, jotka voivat saattaa laitoksen turvalliseen tilaan vaaratilanteissa, mikä ehkäisee turvallisuuspoikkeamia ja vähentää onnettomuusriskiä. Esimerkiksi SIL-sertifioidut automaattiset venttiilit voivat automaattisesti sulkea tai sallia nesteen virtauksen hätätilanteissa. Niillä on ratkaiseva rooli turvallisuuslukitusjärjestelmissä.

Toiseksi automatisointi parantaa tuotantoprosessien tehokkuutta ja vaikuttavuutta ja lisää niiden yhdenmukaisuutta huomattavasti. Automaatiojärjestelmät reagoivat muutoksiin useammin ja tarkemmin kuin ihminen. Ihmisen aiheuttamat vaihtelut tuotannossa minimoidaan, ja reaktio-olosuhteet optimoidaan heuristisesti. Tämä parantaa tuotantotulosta sekä kokonaistuotosta. Kemiallisten reaktioiden ja valmistusprosessin tarkempi valvonta johtaa laadun tasaisempaan tasalaatuisuuteen ja pienempään hylkäysprosenttiin.

Kolmanneksi tuotantokustannuksiin liittyvät kysymykset hyötyvät suoraan käytössä olevista automaattisista järjestelmistä. Automaation lisääntyessä manuaalinen työ korvataan koneilla, mikä vähentää työvoimakustannuksia. Lisäksi prosessien optimaalinen ohjaus voi vähentää raaka-aineiden ja energian kulutusta sekä pienentää tuotehävikin määrää. Tämä edistää lisäkustannussäästöjä ja energiansäästöjä. Tehokas automaatio minimoi myös koneiden ja laitteiden ylimääräisen kulumisen, mikä parantaa niiden pitkäikäisyyttä ja edistää alhaisempia ylläpitokustannuksia, mikä lisää toiminnan tehokkuutta. Tämä tarjoaa merkittävän kilpailuedun.

Lisäksi automaatio voi lisätä laitoksen joustavuutta ja reagointikykyä. Kun markkinoiden vaatimukset muuttuvat, automaatiojärjestelmät voivat nopeasti mukauttaa tuotantoaikatauluja ja prosessiparametreja. Näin voidaan valmistaa monia erilaisia tuotteita pienissä erissä. Etävalvonta- ja diagnostiikkaominaisuudet auttavat myös korjaamaan ongelmat nopeammin, mikä vähentää seisokkiaikoja.

Automaatiota tukevat olennaiset teknologiat

Kemiantehtaan automaatio on monimutkainen rakenne. Se riippuu useiden keskeisten teknologioiden yhteistoiminnasta. Nämä tekniikat muodostavat automaatiojärjestelmän kehyksen. Ne tarjoavat valmiudet tuotantoprosessien valvontaan, päättelyyn ja erinomaiseen ohjaukseen. Ydintekniikoiden integrointi ja arvostaminen on olennaisen tärkeää automaatiojärjestelmien rakentamisessa ja parantamisessa. Keskeisiin teknologioihin kuuluu DCS-järjestelmä. Seuraavassa on lueteltu muita keskeisiä ydinteknologioita, jotka helpottavat kemiantehtaan automaatiota:

Teknologiatyyppi	Lyhenne	Tärkein toiminto	Rooli kemianteollisuuden laitoksissa
Hajautettu ohjausjärjestelmä	DCS	Hajautettu ohjaus, keskitetty hallinta, prosessien seuranta, hälytysten käsittely.	Valvoo suuria jatkuvia tai panosprosesseja, tarjoaa koko laitoksen laajuisen koordinoidun valvonnan.
Ohjelmoitava logiikkaohjain	PLC	Logiikkaohjaus, sekvenssiohjaus, tiedonkeruu	Ohjaa yksittäisiä laitteita tai osajärjestelmiä, käytetään usein lukitus- ja käynnistys-/seisokkijärjestelyihin.
Valvonta ja tiedonhankinta	SCADA	Etäseuranta, tiedonkeruu, tietojen tallennus, raporttien luominen	Valvoo hajallaan olevia laitteita ja järjestelmiä, antaa yleiskuvan toiminnasta, tukee etäkäyttöä ja tietojen analysointia.
Turvallisuusinstrumentoitu järjestelmä	SIS	Prosessin perusohjausjärjestelmästä erillään, havaitsee vaaralliset olosuhteet ja suorittaa turvallisuustoiminnot.	Saattaa prosessin turvalliseen tilaan hätätilanteissa, vähentää riskejä, noudattaa toiminnallisen turvallisuuden standardeja.
Kenttäväylä ja Industrial Ethernet	Kenttäväylä / Industrial Ethernet	Yhdistää kenttälaitteet (anturit, toimilaitteet) ohjausjärjestelmiin tiedonsiirtoa ja viestintää varten.	Yksinkertaistaa johdotusta, parantaa tiedonsiirron tehokkuutta ja luotettavuutta, tukee hajautettua ohjausta.
Anturit ja lähettimet	Anturit ja lähettimet	Prosessiparametrien (lämpötila, paine, virtaus, taso jne.) mittaaminen, analogisten signaalien muuntaminen digitaalisiksi siirtoa varten.	Saavat reaaliaikaista prosessitietoa, ovat automaatiojärjestelmän "silmät".
Toimilaitteet	Toimilaitteet	Vastaanottaa ohjaussignaaleja, ajaa lopullisia ohjauselementtejä (kuten venttiilejä, moottoreita) suorittamaan toimintoja.	Muuntavat ohjausjärjestelmän komentoja fyysisiksi toiminnoiksi, ovat automaatiojärjestelmän "kädet ja jalat".

Kaikki toimii yhdessä yhtenä järjestelmänä. Ne yhdistetään ohjelmistojen ja verkkokehysten avulla. Esimerkiksi antureiden tiedot siirretään kenttäväylän tai teollisuusverkon kautta DCS- tai PLC-järjestelmään... Ohjain käsittelee vastaanotetut tiedot ennalta määritetyn logiikan ja algoritmien avulla. Sen jälkeen se säätää kentällä olevia laitteita automaateilla, mukaan lukien keskeiset automaattiset venttiilit. Operaattorit saavat laitoksen tilan ja voivat tehdä säätöjä SCADA-järjestelmän kautta, joka tarjoaa keskitetyn yleiskatsauksen. Laitoksen turvallisuutta käsitellään erillään ydinprosessinohjausjärjestelmästä SIS-järjestelmillä, jotka keskittyvät täysin mahdollisimman suuren turvallisuuden varmistamiseen.

Automaatiosovellukset kemiallisissa prosesseissa

Kemian tekniikan alalla automaation rooli kattaa lähes koko kemiantehtaan valmistuksen:

• Prosessin valvonta: Automaatio ylläpitää virtausta, lämpötilaa ja painetta reaktoreiden, tislauskolonnien, lämmönvaihtimien tai minkä tahansa elintärkeän laitteen virtausta varten. Automaatio valvoo ja ohjaa prosesseja jatkuvasti.
• Erävalvonta: Hienokemian ja lääketeollisuuden aloilla käytetään automaatiojärjestelmiä materiaalien lisäämiseen, reaktiovälien ajoitukseen ja lämpötilaprofiilien muotoiluun. Näin tiukka valvonta takaa eräkohtaisen toistettavuuden.
• Turvalukitus ja hätäkatkaisu (ESD): SIS-järjestelmät havaitsevat epänormaalit tilanteet. Pahenevien tilanteiden lieventämiseksi pumppaus ja venttiilien sulkeminen sekä muut ennalta määritellyt turvallisuustoimet tehdään automaattisesti.
• Omaisuuden hallinta ja ennakoiva kunnossapito: Automaatiojärjestelmät keräävät mittaustuloksia laitteiden käytöstä. Näiden tietojen arvioinnin avulla voidaan ennustaa laitteiden toimintahäiriöitä, mikä mahdollistaa suunnitellun huollon. Automaatio minimoi reaktiivisen joutokäyntiajan.
• Energianhallinta: Yleishyödylliset ohjausjärjestelmät pystyvät monitehtävään. Tärkeämpien prosessien lisäksi ne voivat valvoa myös vähemmän kriittisiä prosesseja, kuten jäähdytysvettä, sähköä ja höyryä. Tämä optimoi toimintakustannusten pienentämisen.
• Hälytysten hallinta: Automaatiojärjestelmien avulla operaattorit saavat hälytyksen epänormaaleista tilanteista. Hälytykset suodatetaan älykkäiden järjestelmien kautta, jotka auttavat operaattoreita reagoimaan nopeasti kriittisiin ongelmiin. Automaatio auttaa hallitsemaan tuotantoaikatauluja tehokkaasti ja käsittelemään vaarallisia aineita turvallisesti oikeaan aikaan.

Venttiilien elintärkeä rooli automatisoiduissa järjestelmissä

Venttiilit ovat ratkaisevia komponentteja nestevirtauksen ohjauksessa kaikissa kemian automaatiojärjestelmissä. Ne toimivat nestevirtojen ratkaisevana tekijänä ja vaikuttavat siten koko prosessin tarkkuuteen ja turvallisuuteen. Jopa yksinkertaiset päälle/pois-toiminnot edellyttävät tarkkaa venttiilimekaniikkaa.

Automatisoidut venttiilit on varustettu toimilaitteilla, jotka voivat olla pneumaattisia, sähköisiä tai hydraulisia. Ohjausjärjestelmä ohjaa niitä muuttamaan nesteen suuntaa, nopeutta tai painetta. Säätöventtiilit ovat erittäin tärkeitä, koska ne voivat tehdä tasapainosäätöjä nesteen nopeuteen niille lähetettyjen ohjaussignaalien muutosten mukaan. Ne ovat välttämättömiä suljetussa ohjauksessa. Varoventtiilit ovat elintärkeitä turvallisuuden kannalta, koska ne toimivat ensimmäisenä puolustuslinjana, sillä ne poistavat ylipaineen, kun ennalta asetetut automaattiset raja-arvot ylittyvät, ja suojaavat laitteita ja putkistoja.

Venttiilit ovat elintärkeitä kaikissa automaatiojärjestelmissä. Olipa ohjausjärjestelmä kuinka kehittynyt tahansa, liian huolimattomat, hitaat tai epätarkat venttiilit tekevät ohjauksesta turhaa. Joskus nämä järjestelmät aiheuttavat myös turvallisuusriskejä. Jotta kemiantehtaan automaatiojärjestelmä toimisi moitteettomasti, tarvitaan siis tarkkoja automaattisia venttiileitä, joissa otetaan huomioon väliaineen, lämpötilan, paineen ja prosessin vaatimukset.

Automaation käyttöönoton haasteiden voittaminen

Kemiantehtaan automaatiohankkeiden toteuttaminen ei ole aina helppoa, ja siihen liittyy monia haasteita:

Tekninen integrointi ja yhteensopivuus

Eri toimittajien laitteiden ja automaatiojärjestelmien integrointi on haastavaa niiden erilaisten tietoliikennerajapintojen vuoksi. Järjestelmäkomponenttien välinen saumaton tiedonvaihto edellyttää ammattitaitoista järjestelmäintegraatiota.

Verkon turvallisuusriskit

Mitä lähempänä automaatiojärjestelmät ovat yrityksen verkkoja, sitä suuremmat ovat kyberturvallisuusuhat. Ohjausvirukset, haittaohjelmat ja ohjausjärjestelmiin kohdistuvat kyberhyökkäykset edellyttävät vahvaa puolustusta ja varasuunnitelmia.

Henkilöstön koulutus ja taitojen parantaminen

Automaatiointegraatio muuttaa operaattoreiden ja huoltohenkilöstön työnkulkuja. Henkilöstö tarvitsee nyt täyden koulutuksen järjestelmien käyttöön, valvontaan ja ylläpitoon. Lisäksi olisi järjestettävä monialaista koulutusta.

Kustannusten hallinta ja sijoitetun pääoman tuotto

Automaatiohankkeet edellyttävät yleensä suuria ennakkoinvestointeja. Järjestelmän suorituskyvyn ja luotettavuuden varmistaminen sekä kustannusten hallinta ja sijoitetun pääoman tuoton tarkka arviointi vaikuttavat suuresti päätöksentekijöihin.

Huolto ja varaosien hallinta

Kuten kaikki muutkin järjestelmät, myös automaatiojärjestelmät vaativat tehokasta hallintaa taitojen ja työkalujen osalta. Kunnossapitostrategioiden toteuttaminen ja kriittisten varaosavarastojen säilyttäminen sujuvoittavat osien vaivatonta hakemista ja vaihtamista epäkunnossa olevissa järjestelmissä määritellyn aikataulun puitteissa. Tämä puolestaan edistää jatkuvaa, johdonmukaista toimintaa ja vähentää tai jopa poistaa järjestelmävikoja koko automaatiossa.

Kemianteollisuuden automaation tulevat suuntaukset

Kemiantehtaan automaatio on yhä älykkäämpi, verkottuneempi ja itsenäisempi:

• Esineiden teollinen internet (IIoT) ja big data -analytiikka: Tuotantotietojen keräämiseen käytetään entistä enemmän antureita ja älylaitteita. Big data -analytiikka löytää näistä tiedoista arvokkaita oivalluksia. Niitä käytetään prosessien optimointiin, vikojen ennustamiseen ja päätöksenteon tukemiseen.
• Tekoäly (AI) ja koneoppiminen: Algoritmien käyttö parantaa ohjauksen optimointia, laitteiden suorituskyvyn ennustamista, poikkeamien ja tapahtumien havaitsemista, älykästä hälytysten hallintaa ja järjestelmän yleistä suorituskykyä. Tämä parantaa järjestelmien oppimis- ja mukautumiskäyttäytymistä.
• Digitaalinen kaksonen: Kasvimallin rakentaminen virtuaalisesti. Tällaisella mallilla voidaan simuloida laitoksen toimintaa reaaliaikaisten tietojen avulla, mikä voi optimoida prosesseja ja auttaa operaattoreiden kouluttamisessa ja riskien arvioinnissa ja siten ennakoinnissa ja optimoinnissa. Digitaalinen muutos edistää näiden teknologioiden käyttöönottoa.
• Pilvilaskenta ja Edge Computing: Pilvilaskenta tarjoaa vankan tietojenkäsittelyn ja varastoinnin, kun taas reunalaskenta tuo laitteiden käsittelyn ja ohjauksen lähelle tuotantotiloja. Tämä nopeuttaa vasteaikaa ja parantaa samalla tietoturvaa.
• Lisätty todellisuus (AR) / virtuaalitodellisuus (VR): AR/VR-teknologiaa käytetään kentän kunnossapidossa, toiminnan ohjauksessa ja henkilöstön kouluttamisessa, mikä parantaa tehokkuutta ja turvallisuutta.

Oikeiden automaatioratkaisujen valinta

Oikeiden automaatioratkaisujen valinta on kemiantehtaalle ratkaisevan tärkeää. Luotettava kumppani, joka tarjoaa todellista lisäarvoa, on erittäin tärkeää. Viime vuosikymmenen aikana VINCER on teknologiayrityksenä keskittynyt automatisoituihin venttiileihin ja on nyt alan johtavia yrityksiä. VINCER tarjoaa korkealaatuisia palveluja sekä suuren arvon yhden luukun automaattiventtiilipalveluiden avulla.

VINCER tarjoaa sähköventtiilejä, pneumaattisia venttiilejä, palloventtiileitä, läppäventtiileitä, magneettiventtiileitä ja muita automatisoituja venttiilituotteita, jotka ovat huomattavan laadukkaita. VINCERillä on laaja tietämys eri teollisuudenaloista, ja se tarjoaa erikoistuneita ja ammattimaisesti konfiguroitavia venttiilivaihtoehtoja. VINCER tutkii asiakkaan vaatimukset kahdeksan parametrin osalta: väliaineen analyysi, lämpötila-analyysi, väliaineen paineanalyysi, liitäntänormin määrittäminen, ohjausmenetelmä (manuaalinen/sähköinen/pneumaattinen), materiaalivaatimukset, väliaineen avautumis-/sulkeutumisaika sekä asennuspaikka ja -tila. Tämä lähestymistapa takaa tarkan mukautumisen asiakkaan vaatimuksiin. VINCERin tuotteet täyttävät kansainväliset sertifikaatit, kuten CE, RoHS, SIL ja FDA, ja se on ISO9001-sertifioitu, mikä takaa luotettavan tuotannon ja laadunvalvonnan VINCERin suuressa tehtaassa, jossa on kehittyneet laitteet. VINCER tarjoaa nopean vastauksen ja ammattitaitoisen palvelun, nopeat tarjoukset ja tehokkaat toimitusajat. Ammattimaista myynnin jälkeistä tukea tarjotaan.

Valitsemalla VINCERin kumppaniksesi saat arvoa ammattimaisille räätälöidyille ratkaisuille, nopeille reaktioajoille ja luotettavalle tarkkuudelle automatisoitujen venttiileidesi osalta. Tämä tekee kemiantehtaastasi tuottavamman ja turvallisemman ja parantaa kannattavuutta.

Päätelmä

Kemiantehtaiden automatisointi on välttämätöntä liiketoiminnan kannattavuuden parantamiseksi. Kilpailukyky on muutakin kuin tuotantoa ja kustannuksia; siihen kuuluvat myös turvallisuus, kestävyys ja laitoksen tulevaisuus. Perusautomaatiotekniikoiden hallinta tekee kemiantehtaista tulevaisuudessa turvallisempia ja tehokkaampia. Älykkäitä laitoksia saadaan aikaan, kun ratkaistaan käyttöönottohaasteet, hyödynnetään automaation perusteita ja valitaan oikeat kumppanit. Automaatioteknologian kehittyminen vahvistaa automaation käsiä kemianteollisuudessa ja kehittää siten kyseistä teollisuudenalaa.